(57)【要約】【課題】  ゲルマニウムなどの半導体微粒子を好適に生成することが可能な製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類を提供する。【解決手段】  Ｐ型不純物であるインジウム（Ｉｎ）を含むゲルマニウム（Ｇｅ）の原料体２０を、内部が不活性ガス雰囲気に保たれたチャンバ１０内に収容するとともに、アークトーチ３５を、原料体２０とアークトーチ３５との間で所定のギャップが設けられるように設置する。また、電源３１、配線３２、３３から構成される電圧印加部３０により、原料体２０及びアークトーチ３５の間に電圧を印加し、ギャップ領域２１においてアーク放電を発生させる。そして、アーク放電によって原料体２０から蒸発したゲルマニウム微粒子を、収集部材４０に付着させることによって収集する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
電気抵抗を下げるＰ型またはＮ型の不純物を含む半導体物質の原料体を、放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように、不活性ガスの雰囲気中に設置する第１ステップと、
前記原料体及び前記放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって前記原料体から半導体微粒子を蒸発させる第２ステップと、
前記原料体から蒸発した前記半導体微粒子を、前記不活性ガスの排気方向の所定位置において収集する第３ステップと
を備えることを特徴とする半導体微粒子の製造方法。
【請求項２】
前記第３ステップにおいて、前記半導体微粒子を、前記不活性ガスの排気方向の所定位置に設置された収集部材に付着させることによって収集するとともに、
前記収集部材に付着した前記半導体微粒子をアルコールで溶かして前記収集部材から分離する第４ステップを備えることを特徴とする請求項１記載の製造方法。
【請求項３】
前記不活性ガスの雰囲気の圧力を、０．０１気圧〜１気圧の範囲内の圧力に設定することを特徴とする請求項１または２記載の製造方法。
【請求項４】
前記半導体物質はゲルマニウムであり、前記原料体に含まれる前記不純物はインジウムであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項５】
前記半導体物質はシリコンであり、前記原料体に含まれる前記不純物はボロンであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項記載の製造方法。
【請求項６】
放電用電極部材、及び前記放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように配置された、電気抵抗を下げるＰ型またはＮ型の不純物を含む半導体物質の原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるチャンバと、
前記原料体及び前記放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって前記原料体から半導体微粒子を蒸発させるための電圧印加手段と、
前記原料体から蒸発した前記半導体微粒子を、前記不活性ガスの排気方向の所定位置において収集する収集手段と
を備えることを特徴とする半導体微粒子の製造装置。
【請求項７】
前記収集手段は、前記チャンバ内で前記不活性ガスの排気方向の所定位置に設置され、前記半導体微粒子を付着させることによって収集する収集部材であることを特徴とする請求項６記載の半導体微粒子の製造装置。
【請求項８】
前記チャンバ内での前記不活性ガスの雰囲気の圧力を、０．０１気圧〜１気圧の範囲内の圧力に設定することを特徴とする請求項６または７記載の製造装置。
【請求項９】
前記半導体物質はゲルマニウムであり、前記原料体に含まれる前記不純物はインジウムであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載の製造装置。
【請求項１０】
前記半導体物質はシリコンであり、前記原料体に含まれる前記不純物はボロンであることを特徴とする請求項６〜８のいずれか一項記載の製造装置。
【請求項１１】
請求項１〜５のいずれか一項記載の製造方法によって製造された半導体微粒子を外表面上に有することを特徴とする装身具。
【請求項１２】
請求項１〜５のいずれか一項記載の製造方法によって製造された半導体微粒子を含むことを特徴とする繊維。
【請求項１３】
請求項１２記載の繊維を素材とする織布、編布、不織布等の布地。
【請求項１４】
請求項１３記載の布地を縫製してなる衣類。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ゲルマニウムやシリコンなどの半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
ゲルマニウムやゲルマニウム−インジウム合金等は、遠赤外線を発して健康増進効果や治療効果を発揮することが知られている。また、その銀との合金は、上記効果を奏する装身具用の合金として適用可能であることが知られている（例えば、特許文献１参照）。
【特許文献１】特許第３０２５２４５号公報
【非特許文献１】J.R.Heath et al., "Germanium quantum dots: Optical properties and synthesis", J. Chem. Phys. Vol.101, No.2, pp.1607-1615 (1994)
【非特許文献２】A.G.Rolo et al., "Structural properties of Ge nano-crystals embedded in SiO2 films from X-ray diffraction and Raman Spectroscopy", Thin Solid Films Vol.336 pp.58-62 (1998)
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
上記した遠赤外効果を有するゲルマニウムを装身具等に適用する上で、より優れた遠赤外効果の発現、加工性、様々な物品への適用などの観点から、ゲルマニウム微粒子の利用が検討されている。
【０００４】
ここで、ゲルマニウムなどの半導体微粒子の製造方法として、例えば、非特許文献１、２に記載されている方法が知られている。例えば、文献１では、無機溶液相でのコロイド状態のゲルマニウム微粒子について記載されている。また、文献２では、ＳｉＯ２薄膜中に含まれた状態のゲルマニウム微粒子について記載されている。しかしながら、これらの方法では、ゲルマニウム微粒子を分離された状態で好適に生成することができないという問題がある。
【０００５】
本発明は、以上の問題点を解決するためになされたものであり、ゲルマニウムなどの半導体微粒子を好適に生成することが可能な製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
このような目的を達成するために、本発明による半導体微粒子の製造方法は、（１）電気抵抗を下げるＰ型またはＮ型の不純物を含む半導体物質の原料体を、放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように、不活性ガスの雰囲気中に設置する第１ステップと、（２）原料体及び放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって原料体から半導体微粒子を蒸発させる第２ステップと、（３）原料体から蒸発した半導体微粒子を、不活性ガスの排気方向の所定位置において収集する第３ステップとを備えることを特徴とする。
【０００７】
また、本発明による半導体微粒子の製造装置は、（ａ）放電用電極部材、及び放電用電極部材との間で所定のギャップが設けられるように配置された、電気抵抗を下げるＰ型またはＮ型の不純物を含む半導体物質の原料体を収容し、内部が不活性ガスの雰囲気に保たれるチャンバと、（ｂ）原料体及び放電用電極部材の間に電圧を印加し、発生したアーク放電によって原料体から半導体微粒子を蒸発させるための電圧印加手段と、（ｃ）原料体から蒸発した半導体微粒子を、不活性ガスの排気方向の所定位置において収集する収集手段とを備えることを特徴とする。
【０００８】
上記した半導体微粒子の製造方法及び製造装置においては、半導体原料体と放電用電極部材との間のギャップに所定の電圧を印加する。そして、アーク放電を発生させて原料体をイオンで叩いて半導体物質を解離、蒸発させることによって半導体微粒子を生成している。これにより、充分に微小な半導体微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。また、チャンバ内で不活性ガスを導入、排気することによって形成されるガス流路を利用し、不活性ガスの排気方向に半導体微粒子を導いて収集している。これにより、原料体で生成された半導体微粒子を効率良く収集することができる。なお、不活性ガスには、アルゴンなどの希ガス、及び窒素ガスが含まれる。
【０００９】
ここで、製造方法は、第３ステップにおいて、半導体微粒子を、不活性ガスの排気方向の所定位置に設置された収集部材に付着させることによって収集するとともに、収集部材に付着した半導体微粒子をアルコールで溶かして収集部材から分離する第４ステップを備えることが好ましい。また、製造装置は、収集手段が、チャンバ内で不活性ガスの排気方向の所定位置に設置され、半導体微粒子を付着させることによって収集する収集部材であることが好ましい。これにより、半導体微粒子を、簡単な構成で効率良く収集することが可能となる。あるいは、付着した半導体微粒子をハケやフデではきおとして収集する方法を用いても良い。
【００１０】
また、半導体微粒子の製造時において、チャンバ内での不活性ガスの雰囲気の圧力を、０．０１気圧〜１気圧の範囲内の圧力に設定することが好ましい。これにより、半導体微粒子の製造効率を向上することができる。あるいは、上記範囲外の圧力、例えば１気圧よりも大きい圧力に設定しても良い。
【００１１】
半導体微粒子の製造の対象となる具体的な半導体物質については、半導体物質はゲルマニウムであり、原料体に含まれる不純物はＰ型のインジウムであることが好ましい。あるいは、半導体物質はシリコンであり、原料体に含まれる不純物はＰ型のボロンであることが好ましい。
【００１２】
本発明による装身具は、上記した製造方法によって製造された半導体微粒子を外表面上に有する装身具である。また、本発明による繊維は、上記した製造方法によって製造された半導体微粒子を含む繊維である。また、本発明による布地は、上記した繊維を素材とする織布、編布、不織布等の布地である。また、本発明による衣類は、上記した布地を縫製してなる衣類である。このような装身具、繊維、布地、及び衣類によれば、健康増進効果や治療効果を有する装身具、繊維、布地、及び衣類を容易に得ることができる。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の半導体微粒子の製造方法及び製造装置によれば、半導体原料体と放電用電極部材との間のギャップに所定の電圧を印加し、発生したアーク放電で半導体物質を蒸発させて半導体微粒子を生成することにより、充分に微小な半導体微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。また、得られた半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、及び衣類によれば、健康増進効果や治療効果を充分に得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
以下、図面とともに本発明による半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類の好適な実施形態について詳細に説明する。なお、図面の説明においては同一要素には同一符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明のものと必ずしも一致していない。
【００１５】
図１は、本発明による半導体微粒子の製造装置の一実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。本製造装置は、チャンバ１０と、電圧印加部３０と、収集部材４０とを備えている。なお、本実施形態においては、微粒子の製造対象となる半導体物質をゲルマニウム（Ｇｅ）とした場合について説明する。
【００１６】
チャンバ１０は、その下方に設けられた不活性ガス導入路１１と、上方に設けられた不活性ガス排気路１２とを有しており、その内部は不活性ガス雰囲気１５に保たれている。不活性ガスとしては、好ましくはアルゴン（Ａｒ）が用いられる。あるいは、不活性ガスとして、窒素（Ｎ２）ガス、Ａｒ以外の希ガス等を用いても良い。
【００１７】
チャンバ１０内には、上側が開放された容器２５が設置されている。この容器２５としては、好ましくはカーボン坩堝が用いられる。また、この容器２５内には、微粒子の製造対象となるゲルマニウムの原料体２０が収容されている。この原料体２０は、その電気抵抗を下げるためのＰ型不純物としてインジウム（Ｉｎ）を所定濃度で含んだＧｅ（Ｉｎ）のバルク体、もしくは粉体などの固体状の原料体として構成されている。
【００１８】
また、チャンバ１０内には、この容器２５内の原料体２０に対して所定位置に、アークトーチ３５が設置されている。このアークトーチ３５は、ゲルマニウム微粒子を生成する際に用いられる放電用電極部材であり、図１に示すように、Ｇｅ（Ｉｎ）原料体２０の上面側の所定部位と、アークトーチ３５との間で所定のギャップが設けられるように配置されている。このような構成において、原料体２０とアークトーチ３５との間のギャップ領域が、ゲルマニウム微粒子を生成する際のアーク放電領域２１となる。
【００１９】
これらの容器２５、Ｇｅ（Ｉｎ）原料体２０、及びアークトーチ３５に対し、電圧印加用の電源として電源３１が設けられている。原料体２０を収容している容器２５は、配線３２を介して電源３１の負電極に接続されている。また、アークトーチ３５は、配線３３を介して電源３１の正電極に接続されている。これらの電源３１、及び配線３２、３３により、原料体２０とアークトーチ３５との間に電圧を印加するための電圧印加部３０が構成されている。
【００２０】
チャンバ１０内で原料体２０及び容器２５からみて不活性ガスの排気方向、すなわち不活性ガス排気路１２がある上方の所定位置には、収集部材４０が設置されている。この収集部材４０は、Ｇｅ（Ｉｎ）原料体２０において生成されたゲルマニウム微粒子を収集するための収集手段である。収集部材４０としては、例えば、ガラス板やステンレス板などが用いられる。
【００２１】
図１に示した製造装置を用いた半導体微粒子の製造方法について説明する。まず、図１に示したように、容器２５及びＧｅ（Ｉｎ）原料体２０をチャンバ１０内に収容し、不活性ガス雰囲気１５中に設置する。このとき、原料体２０は、アークトーチ３５との間で所定距離のギャップが設けられるように配置される（第１ステップ）。そして、配線３２、３３を介して、電源３１からの電圧を原料体２０及びアークトーチ３５の間に印加する。ここで印加する電圧は、例えば３０Ｖ程度である。
【００２２】
具体的には、容器２５及び原料体２０に対して、電源３１の負電極によって負の電圧が印加される。また、アークトーチ３５に対して、電源３１の正電極によって正の電圧が印加される。このとき、アーク放電領域２１において原料体２０とアークトーチ３５との間でアーク放電が発生する。そして、アーク放電によって生じた正イオンが原料体２０に衝突することによってゲルマニウムが解離、蒸発する。この蒸発したゲルマニウムが、ゲルマニウム微粒子となる（第２ステップ）。
【００２３】
アーク放電領域２１でＧｅ（Ｉｎ）原料体２０から蒸発したゲルマニウム微粒子は、不活性ガス導入路１１から排気路１２へのガス流路に沿って上方へと流れる。そして、不活性ガス排気路１２の近傍に配置された収集部材４０に到達したゲルマニウム微粒子は、図１中に符号４５によって示すように、収集部材４０の下面に付着することによって収集される（第３ステップ）。なお、微粒子生成後、必要があれば、ゲルマニウム微粒子を収集部材４０から分離する作業を行う。この場合、好ましくは、収集部材４０に付着したゲルマニウム微粒子４５をアルコールで溶かすことにより、収集部材４０から分離する方法が用いられる（第４ステップ）。あるいは、付着したゲルマニウム微粒子４５をハケやフデではきおとして収集する方法を用いても良い。
【００２４】
本実施形態による半導体微粒子の製造方法及び製造装置の効果について説明する。
【００２５】
図１に示したゲルマニウム微粒子の製造装置、及びそれを用いた製造方法においては、ゲルマニウムの原料体２０と、放電用電極部材であるアークトーチ３５との間のギャップに所定の電圧を印加する。そして、ギャップ領域２１において、アーク放電を発生させて原料体２０の上面をイオンで叩いてゲルマニウムを解離、蒸発させることによってゲルマニウム微粒子を生成している。このような方法によれば、充分に微小なゲルマニウム微粒子を、高効率かつ良好な状態で生成することが可能となる。具体的には、上記した方法では、例えば１時間あたり５ｇ〜１０ｇ程度のゲルマニウム微粒子を製造することが可能である。また、生成されるゲルマニウム微粒子の大きさは、例えば２００ｎｍ以下の大きさである。
【００２６】
また、チャンバ１０内で、導入路１１、排気路１２を通して不活性ガスを導入、排気することによって形成されるガス流路を利用し、生成されたゲルマニウム微粒子を不活性ガスの排気方向に導いて、収集部材４０で微粒子４５を収集している。これにより、原料体２０で生成されたゲルマニウム微粒子を効率良く収集することができる。
【００２７】
また、上記した方法では、アーク放電によって原料体２０とアークトーチ３５との間の抵抗が下がり、原料体２０に対して直流が印加される。このとき、原料体２０中を電流が流れて温度が上昇し、原料体２０自体の抵抗が下がることとなる。これにより、アーク放電による原料体２０からのゲルマニウムの蒸発量、すなわちゲルマニウム微粒子の生成量が増大し、高効率でのゲルマニウム微粒子の製造が可能となる。
【００２８】
ここで、微粒子を生成するためのゲルマニウムの原料体２０ではＰ型不純物としてインジウムを含有させている。このようなＰ型不純物としては、原料体２０の電気抵抗をある程度下げることが可能であれば良く、例えば、インジウム（Ｉｎ）以外にもアルミニウム（Ａｌ）、ボロン（Ｂ）などを用いることができる。また、その添加濃度は、例えば０．０１％〜１０％の範囲内の濃度に設定することが好ましい。一般には、不純物としては、電気抵抗を下げるＰ型またはＮ型の不純物を用いて良い。ただし、生成されるゲルマニウム微粒子での遠赤外効果などの特性の点から、Ｐ型不純物を用いることが好ましく、さらに、Ｐ型不純物としてインジウムを用いることが好ましい。
【００２９】
また、上記した製造装置では、Ｇｅ（Ｉｎ）原料体２０に対して電圧を印加するための放電用電極部材としてアークトーチ３５を用いている。このような構成によれば、原料体と電極部材との間でのアーク放電の発生、及びそれによるゲルマニウム微粒子の生成を好適に実現することができる。ただし、このような放電用電極部材としては、図１に示した構成以外にも、様々な構成を用いて良い。また、原料体２０を保持する容器２５についても、原料体の状態や量などに応じて様々なものを用いて良い。また、図１に示した構成の場合、アークトーチ３５としては、例えば、セリウム入りタングステン電極、トリウム入りタングステン電極などを用いることができる。
【００３０】
また、アーク放電領域２１で原料体２０から蒸発したゲルマニウム微粒子を収集する収集手段としては、図１に示した収集部材４０以外にも、様々なものを用いて良い。また、不活性ガスの排気方向に収集部材を設置する場合、具体的な収集部材としては、例えば、ガラス、ステンレスなどからなる板状部材、ステンレスメッシュ、ガラスウールなどが好適に用いられる。
【００３１】
また、ゲルマニウム微粒子の製造が行われるチャンバ１０内でのＡｒガス雰囲気などの不活性ガス雰囲気１５については、その圧力を、０．０１気圧〜１気圧の範囲内の圧力に設定することが好ましい。また、０．１気圧〜０．６気圧の範囲内の圧力に設定することがさらに好ましい。これにより、不活性ガス雰囲気１５中におけるゲルマニウム微粒子の生成及び収集を好適に実現して、微粒子の製造効率を向上することができる。あるいは、上記範囲外の圧力に設定しても良い。例えば、上記した方法では、１気圧よりも大きい圧力でもゲルマニウム微粒子の生成及び収集が可能である。
【００３２】
図２は、上記した製造方法によって製造されたゲルマニウム微粒子についてラマン分光解析を行った結果を示すグラフである。このグラフにおいて、横軸はラマンシフトの波数（ｃｍ−１）を示し、縦軸は得られたラマン散乱強度を示している。ゲルマニウム微粒子に対してラマン分光解析を行った場合、その波数３００ｃｍ−１近傍のピークが、フォノンのω−ｋ分散関係によって低波数側にテールを引くことが知られている（例えば、非特許文献１の図２、非特許文献２の図４を参照）。これに対して、図２では、波数３００ｃｍ−１近傍のピークにおいて低波数側にテールがあることがわかる。これは、ゲルマニウム微粒子の生成を示すものである。
【００３３】
図３〜図５は、それぞれＸ線回折測定を行った結果を示すグラフである。これらのグラフにおいて、横軸は回折角度２θ（deg.）を示し、縦軸は得られたＸ線回折強度を示している。また、図３のグラフは、収集部材４０として用いたステンレス板のゲルマニウム微粒子が未蒸着の状態でのＸ線回折パターンを、図４のグラフは、ステンレス板に蒸着したゲルマニウム微粒子のＸ線回折パターンを、図５のグラフは、純ゲルマニウムのＸ線回折パターンをそれぞれ示している。
【００３４】
図５に示す純ゲルマニウムの回折パターンでは、Ｇｅ（１１１）の２θ＝２７．３deg.のピークが現われている（例えば、非特許文献１の図１を参照）。一方、ゲルマニウム微粒子の蒸着前のステンレス板についての図３に示す回折パターンと、蒸着後の図４に示す回折パターンとを比較すると、ゲルマニウム微粒子が蒸着している図４の回折パターンにおいて、２７．３deg.近傍に回折強度分布が現われているものの、その強度分布が広がっていることがわかる。これは、生成されたゲルマニウム微粒子の大きさが不揃いであることに起因するものと考えられる。また、２θ＝４５deg.、８３deg.に、それぞれＧｅ（２２０）、（４２２）と思われるピークが現われている。これらのピークは、ｄが短いためにはっきりしたピークになっているものと考えられる。また、図４中に現われている強度が大きい４本のピークは、ステンレスによるピークと考えられる。
【００３５】
上記した製造方法及び製造装置によって製造されるゲルマニウム微粒子は、装身具、繊維、布地、及び衣類などに対して好適に適用することが可能である。すなわち、ゲルマニウムは、遠赤外線を発して健康増進効果や治療効果を発揮することが知られており、ゲルマニウム微粒子を用いることにより、充分な健康増進効果や治療効果を有する装身具、繊維、布地、及び衣類を容易に得ることができる。
【００３６】
特に、上記した方法で生成されるゲルマニウム微粒子は、充分に微小であってかつ良好な状態で得られるため、より優れた遠赤外効果の発現、加工性、様々な物品への適用などの観点で極めて有効である。
【００３７】
また、上記構成では、微粒子の製造に用いられるゲルマニウムの原料体２０がインジウムを含んでいるため、生成されるゲルマニウム微粒子もインジウムを含んでいる場合がある。ゲルマニウム微粒子は、ゲルマニウムの微結晶を含んでいるが、インジウムが微量添加されている場合には、それによってＰ型半導体の性質を呈することとなる。ここで、ゲルマニウムの遠赤外効果は、Ｎ型あるいは真性の半導体のときに比べて、Ｐ型のときに著しく顕著に発揮される。したがって、このようにゲルマニウム微粒子にインジウムなどのＰ型不純物が微量添加されていることにより、得られる遠赤外効果を増強することができる。なお、不純物としては、Ｎ型不純物が添加されていても良い。
【００３８】
図６は、ゲルマニウム微粒子を用いた装身具の一例である腕輪の構成を示す斜視図である。本実施形態による腕輪６０は、腕に装用する装身具であり、プラスチックからなる円環６１の内側に、ゲルマニウム微粒子が塗布されたゲルマニウム微粒子膜６２が形成されている。このような構成において、腕輪６０が人体に装用されると、ゲルマニウム微粒子膜６２が皮膚に接触する。そして、このゲルマニウム微粒子膜６２により、遠赤外効果による健康増進、治療効果が発揮される。
【００３９】
なお、装身具としては、腕輪以外にも、ネックレスや指輪など、様々な装身具を用いて良い。また、装身具の材質としては、銀などの金属や、セラミックス、プラスチックなどを用いることができる。また、ゲルマニウム微粒子の装身具への適用については、一般には、装身具の外表面上にゲルマニウム微粒子を有する構成とすれば良く、その具体的な方法としては、装身具の外表面上に直接に塗布する方法に限らず、レーザ溶解付着させる方法、ＳｉＯ２膜中にゲルマニウム微粒子を分散させたものを塗布する方法、有機バインダにゲルマニウム微粒子を分散させたものを塗布する方法等、様々な方法を用いて良い。
【００４０】
図７は、ゲルマニウム微粒子を用いた繊維の一例である合成繊維（有機化学繊維）の断面構成を示す模式図である。本実施形態による合成繊維７０は、外径が５μｍ程度のポリエステル繊維であり、その内部にゲルマニウム微粒子７１が多数、混ぜ込まれている。これらの微粒子７１の大部分は繊維７０の内部に埋没しているが、その一部は繊維７０の表面から外部に露出している。図７では、一部が露出した微粒子に斜線を付してある。この外部に露出したゲルマニウム微粒子７１が人肌と接触することにより、上記した遠赤外効果が発揮される。
【００４１】
また、このような構成では、一部が外部に露出したゲルマニウム微粒子７１の大部分はポリエステル繊維７０の内部に埋没しているので、織布工程や洗濯に際して微粒子７１が繊維７０から脱落するような不具合がない。
【００４２】
ゲルマニウム微粒子を適用する繊維としては、有機化学繊維を用いることが好ましい。このような有機化学繊維は、ガラス繊維や炭素繊維のような無機質の化学繊維を除き、再生繊維、半合成繊維、または合成繊維のいずれかである。再生繊維としては、例えばレーヨン、キュプラ等があり、半合成繊維としては、例えばアセテート等があり、合成繊維としては、例えばポリエステル、ナイロン、アクリル、ビニロン、ビニリデン、ポリエチレン、ポリプロピレン、ポリウレタン等がある。
【００４３】
このようなゲルマニウム微粒子を含有する繊維の製造においては、溶融紡糸可能な繊維原料（ポリエステル、ナイロン、ポリプロピレン等）を用いる場合には、ゲルマニウム微粒子の粉末を含む樹脂ペレットを作製し、これを公知の手法で溶融紡糸すれば良い。溶融紡糸不可能な繊維原料を用いる場合として、例えば再生繊維（レーヨン）の場合には、ビスコースにゲルマニウム微粒子の粉末を混ぜ込ませ、公知の手法でレーヨン繊維にすれば良い。また、アクリル繊維等の場合には、アクリル原料（アクリロニトリル等のアクリルモノマー）中にゲルマニウム微粒子の粉末を混ぜ込ませ、これを合成して繊維化する。なお、この手法は、溶融紡糸可能な繊維原料にも適用可能である。
【００４４】
また、上記したゲルマニウム微粒子を含む繊維を素材とする織布、編布、不織布等の布地、あるいはそのような布地を縫製してなる衣類を用いることにより、その健康増進、治療効果などの遠赤外効果を好適に得ることができる。
【００４５】
ところで、肩凝り等を治療・治癒する健康増進、治療効果をもたらす上記したゲルマニウムの遠赤外効果は、ゲルマニウムの微粒子中に微結晶が形成されているとき、特に好適に発揮される。これは、ゲルマニウムの微結晶は微小ながらも結晶であることから、半導体的な性質を持つためである。このような遠赤外効果が発現する仮説を説明すると、次の通りである。
【００４６】
まず、遠赤外線のような電磁波の生体に対する作用については、イオン化作用と非イオン化作用があり、非イオン化作用には熱作用と非熱作用が知られている。イオン化作用は主としてエネルギーの大きい短波長の電磁波（例えば放射線や紫外線）によりもたらされる。また、長波長の電磁波（例えば赤外線）の場合には、非イオン化作用として熱作用と非熱作用がもたらされる。
【００４７】
赤外線が生体に照射された場合には、吸収したエネルギーにより生体内で温度上昇が起り、いわゆる温熱効果が発揮される。ところが、波長が１００ミクロン程度の遠赤外線の場合には、上記の熱作用に加えて、照射された微弱な電磁波が生体に直接作用し、いわゆる非熱作用が発揮される。
【００４８】
ちなみにFrohlichは１９６０年代より、次のようなモデルを提唱している。すなわち、生体にはコヒーレントな多数の振動モードが存在しているが、エネルギーが供給されると振動が特定のモードに集中し、マクロな秩序を持った励起が生じ得ること、同一振動数のモード間に遠距離の相互作用が生じ得ること、を明らかにしている。そして、このモデルに基づいて、遠赤外線からマイクロ波にかけての波長領域で生体に非熱作用がもたらされる可能性があることを示唆している。
【００４９】
例えば、重要な生体構成物質であるミトコンドリアは、電子伝達系およびこれに共役してＡＤＰからＡＴＰを合成するが、このＡＴＰの生成過程において上記の非熱作用が関与することが予想される。ちなみに、布施正らは「赤外線技術」第１２号（１９９７年）において、細胞内のオルガネラであるミトコンドリアに対する波長１００ミクロン帯の遠赤外線の非熱作用を実験的に確認・検討している。
【００５０】
一方、ゲルマニウムは間接遷移型の半導体であり、そのバンドギャップエネルギーは０．６７ｅＶ（近赤外相当）であるが、ホール（正孔）には重いホールと軽いホールの二種類があり、液体ヘリウム温度に冷却して電場と磁場を印加すると、これらのホールに関係した波長１００ミクロンオーダーの遠赤外線を放射することが知られている。例えば、小宮山進はIII族原子の不純物を含むＰ型ゲルマニウムを用いて半導体レーザを試作し、液体ヘリウムで冷却しながら波長８０〜１２０ミクロンの遠赤外線レーザ発振を確認している（「固体物理」第３１巻第４号（１９９６年））。
【００５１】
ここで、上記論文の筆者（小宮山）が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説する。Ｐ型ゲルマニウム（間接遷移型半導体）が極低温の状態では多量のホールはガンマ点（バンドの頂上）に縮退しているが、直交する電場と磁場を印加すると、いわゆるサイクロトロン運動を始める。このとき、重いホールは軽いホールに比べると８倍程度も有効質量が大きいため、短時間で光学フォノンに等しい運動エネルギーを持つようになる。すると、直ちに光学フォノンを放出して再び重いホール帯に戻るが、一部は軽いホール帯に散乱される。このようにして軽いホールの蓄積が起り、重いホールに対して反転分布が生じる。この軽いホールは電場により運動エネルギーを得て、これが所定のエネルギーレベルに達すると重いホール帯に直接光学遷移し、波長１００ミクロン帯の遠赤外線を放射することとなる。
【００５２】
本発明者は、かかる二つの実証された事実に着目し、特に好適にはＰ型のゲルマニウム微結晶を含む微粒子を人体に当接すれば、絶対温度３００度程度のＰ型ゲルマニウムは波長１００ミクロン内外の遠赤外線を放出することとなり、これが人体に対して熱作用と共に非熱作用をもたらすのではないか、と考えた。
【００５３】
本発明者が推測する遠赤外線の放射メカニズムを概説すると、Ｐ型ゲルマニウムの微結晶が極低温状態では、多量のホールはガンマ点（バンドの頂上）に縮退しているが、温度が上昇すると熱エネルギーを得てエネルギー分布が広がり、揺らぎも生じる。つまり、ホールのフェルミレベルが価電子帯の近くにあり、室温では２５ｍｅＶのエネルギーがあるため、波長１００ミクロン帯の遠赤外線に相当する２．５ｍｅＶの準位には容易に励起される。
【００５４】
このようにして重いホールは、そのバンドから軽いホールバンドに熱的に容易に励起され、そのホールは遠赤外線を放出して、元の重いホールバンドに戻る。つまり、波長が１００ミクロン帯の遠赤外線を放射することとなる。したがって、このようなゲルマニウムの微結晶を含むゲルマニウム微粒子を装身具、繊維、布地、及び衣類等に適用することにより、遠赤外線による健康増進効果、治療効果が得られる。また、ゲルマニウム微粒子が充分に微小であることにより、装身具や繊維等の下地の色、美しさを損なうことがない。
【００５５】
本発明による半導体微粒子の製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類は、上記した実施形態に限られるものではなく、様々な変形が可能である。例えば、微粒子の製造対象の半導体物質としては、ゲルマニウム（Ｇｅ）以外の半導体物質を対象としても良い。そのような半導体物質としては、例えば、シリコン（Ｓｉ）が挙げられる。この場合、Ｐ型不純物としては、ボロン（Ｂ）を用いることが好ましい。あるいは、ゲルマニウム、シリコン以外の物質を対象として微粒子を製造することも可能である。
【産業上の利用可能性】
【００５６】
本発明は、ゲルマニウムなどの半導体微粒子を好適に生成することが可能な製造方法、製造装置、及び半導体微粒子を用いた装身具、繊維、布地、衣類として利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５７】
【図１】半導体微粒子の製造装置の一実施形態の構成を概略的に示す側面断面図である。
【図２】ゲルマニウム微粒子のラマン分光解析結果を示すグラフである。
【図３】ゲルマニウム微粒子が未蒸着の状態でのステンレス板のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図４】ステンレス板に蒸着したゲルマニウム微粒子のＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図５】純ゲルマニウムのＸ線回折パターンを示すグラフである。
【図６】ゲルマニウム微粒子を用いた腕輪の構成を示す斜視図である。
【図７】ゲルマニウム微粒子を用いた繊維の断面構成を示す模式図である。
【符号の説明】
【００５８】
１０…チャンバ、１１…不活性ガス導入路、１２…不活性ガス排気路、１５…不活性ガス雰囲気、２０…Ｇｅ（Ｉｎ）原料体、２１…アーク放電領域、２５…容器、３０…電圧印加部、３１…電源、３２、３３…配線、３５…アークトーチ（放電用電極部材）、４０…収集部材、４５…ゲルマニウム微粒子、６０…腕輪、６１…円環、６２…ゲルマニウム微粒子膜、７０…ポリエステル繊維、７１…ゲルマニウム微粒子。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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